張燦有 夏輝 成君

由于全球化進(jìn)程的發(fā)展，生物威脅有可能在短時(shí)間內(nèi)從一個(gè)國(guó)家迅速傳播至其他國(guó)家，從而引發(fā)疾病的大流行、心理創(chuàng)傷，甚至是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的崩潰[1]。故生物安全早已成為全球關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題，任何原因的生物因子泄露都可能成為人類(lèi)安全和生存所面臨的巨大挑戰(zhàn)。實(shí)驗(yàn)室生物安全是指實(shí)驗(yàn)室的生物條件水平和狀態(tài)應(yīng)不低于容許水平，且必須符合實(shí)驗(yàn)室生物安全責(zé)任相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的要求，是避免實(shí)驗(yàn)室人員、來(lái)訪(fǎng)人員、社區(qū)及環(huán)境受到不可接受的損害，以及發(fā)生實(shí)驗(yàn)室獲得性感染的重要保證[2]，是生物安全需要重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。但有研究發(fā)現(xiàn)，即便是設(shè)施裝備較完善的發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室也存在發(fā)生實(shí)驗(yàn)室獲得性感染的風(fēng)險(xiǎn)[3]。其安全措施包括安全設(shè)備和個(gè)體防護(hù)裝置、實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)和建設(shè)要求、嚴(yán)格的管理制度和標(biāo)準(zhǔn)化的操作程序等三級(jí)防護(hù)屏障，生物安全柜作為一級(jí)防護(hù)屏障被廣泛使用于各類(lèi)實(shí)驗(yàn)室，包括結(jié)核病相關(guān)實(shí)驗(yàn)室。然而，生物安全柜在使用過(guò)程中卻經(jīng)常存在2個(gè)主要問(wèn)題，造成實(shí)驗(yàn)室獲得性感染的潛在風(fēng)險(xiǎn)：一是生物安全柜購(gòu)買(mǎi)安裝后從未進(jìn)行整體的維護(hù)檢測(cè)；二是使用機(jī)構(gòu)的水平參差不齊，不能涵蓋必要的檢測(cè)項(xiàng)目和出具規(guī)范的檢測(cè)報(bào)告。故筆者通過(guò)大量現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和培訓(xùn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)介紹Ⅱ級(jí)生物安全柜的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和日常核查的內(nèi)容與方法，列舉不同水平的檢測(cè)報(bào)告，為使用機(jī)構(gòu)和人員提供一定參考。

一、生物安全柜類(lèi)型

生物安全柜是指具備氣流控制及高效空氣過(guò)濾裝置的操作柜，可有效降低病原微生物或生物實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的有害氣溶膠對(duì)操作者和環(huán)境的危害。生物安全柜等級(jí)的選擇在綜合實(shí)驗(yàn)對(duì)象的種類(lèi)(是否具有放射性、揮發(fā)性)、所操作微生物材料的危險(xiǎn)度等級(jí)[4-5]和實(shí)驗(yàn)室的生物安全防護(hù)水平等級(jí)[6]后分為3個(gè)等級(jí)，即Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ級(jí)，其中Ⅱ級(jí)又分為A1、A2、B1、B2和C1型，以A2型和B2型最多，各級(jí)主要性能對(duì)比見(jiàn)表1。其中Ⅰ級(jí)，Ⅱ級(jí)的A1、A2、B1、B2型和Ⅲ級(jí)生物安全柜的原理圖可參見(jiàn)世界衛(wèi)生組織[6]發(fā)布的《實(shí)驗(yàn)室生物安全手冊(cè)》(第3版)和美國(guó)衛(wèi)生和公眾服務(wù)部等[7]出版的《微生物和生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室生物安全》(第5版)，而Ⅱ級(jí)C1型因國(guó)內(nèi)未被應(yīng)用，也少有介紹，其柜內(nèi)空氣排入室內(nèi)、室外的生物原理見(jiàn)圖1[8]所示。

表1 不同類(lèi)型生物安全柜主要性能對(duì)比

左側(cè)圖為生物安全柜內(nèi)空氣經(jīng)過(guò)濾后直接排入室內(nèi)；右側(cè)圖為生物安全柜內(nèi)空氣經(jīng)過(guò)濾后通過(guò)管道排到室外

Ⅱ級(jí)生物安全柜在醫(yī)療機(jī)構(gòu)和科研環(huán)境中使用最為廣泛。結(jié)核病作為一種空氣傳播的法定乙類(lèi)傳染病，其危害程度為第二類(lèi)[4]。實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)是診斷結(jié)核病和評(píng)估治療效果的重要依據(jù)，但在涂片鏡檢的痰膜制備、分離培養(yǎng)標(biāo)本前處理及接種、藥物敏感性試驗(yàn)菌懸液制備及接種、分子生物學(xué)核酸提取等檢測(cè)過(guò)程中均可能產(chǎn)生大量的氣溶膠，威脅到實(shí)驗(yàn)室工作人員和周?chē)h(huán)境的安全，故要求在Ⅱ級(jí)生物安全柜中開(kāi)展以上檢測(cè)。

二、生物安全柜國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)最早執(zhí)行住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2005年發(fā)布的《 JG 170—2005 生物安全柜》建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但已于2017年8月宣布廢止[9]；現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局于2011年12月31日發(fā)布、2013年6月1日開(kāi)始實(shí)施的《YY 0569—2011 Ⅱ級(jí)生物安全柜》[10]醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)要求實(shí)驗(yàn)室生物安全柜的操作者，應(yīng)了解生物安全柜的工作原理，掌握日常的運(yùn)行檢測(cè)等知識(shí)，降低被感染和污染外界環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。此外，為保證生物安全柜的良好運(yùn)行，應(yīng)每6個(gè)月或1年進(jìn)行一次現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，且應(yīng)對(duì)一些重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行日常監(jiān)測(cè)。

三、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)程序和內(nèi)容

氣流模式、流入氣流流速、下降氣流流速和高效過(guò)濾器完整性會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)室的生物安全，對(duì)于避免或降低實(shí)驗(yàn)室獲得性感染的風(fēng)險(xiǎn)起到關(guān)鍵作用，也是現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和日常監(jiān)測(cè)需要關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。其他如外觀、噪聲、照度、紫外燈等也是影響工作環(huán)境或輔助確保生物安全的檢測(cè)項(xiàng)目。但生物安全柜內(nèi)不能使用明火，除了對(duì)氣流模式產(chǎn)生影響外，火焰還容易損壞高效過(guò)濾器的完整性，降低其使用壽命。

本節(jié)以實(shí)際工作中應(yīng)用最為普遍的Ⅱ級(jí)生物安全柜進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

(一)氣流模式

1.檢測(cè)內(nèi)容與要求：安全柜工作區(qū)內(nèi)的氣流應(yīng)向下，無(wú)死點(diǎn)，不應(yīng)產(chǎn)生旋渦和向上氣流或從安全柜逸出；安全柜前窗操作口的整個(gè)周邊氣流應(yīng)向內(nèi)，無(wú)向外逸出的氣流，且流入氣流不應(yīng)進(jìn)入工作區(qū)。

2.檢測(cè)方法：使用發(fā)煙管(筆)或其他安全無(wú)害的煙霧發(fā)生裝置(如煙香)發(fā)出煙霧，沿工作臺(tái)面的中心線(xiàn)距離前窗操作口頂端上100 mm的高度，從安全柜的一端到另一端檢測(cè)下降氣流；在觀察屏后25 mm、前窗操作口頂端上150 mm的高度，從安全柜的一端到另一端檢測(cè)觀察窗氣流；在安全柜外大約38 mm處使用煙霧發(fā)生裝置或者長(zhǎng)條形單層紙巾，沿著整個(gè)前窗操作口的周邊繞行，觀察各角落和垂直邊緣有無(wú)氣流變化，評(píng)價(jià)前窗操作口邊緣氣流。

3.異常氣流模式的常見(jiàn)原因及解決辦法：(1)下降氣流出現(xiàn)氣流凝滯或渦旋：是現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)最常見(jiàn)的問(wèn)題，考慮與安全柜內(nèi)放置了廢棄物袋、離心機(jī)等物品使下降氣流受到阻擋或遮擋了后側(cè)壁的格柵有關(guān)。(2)兩側(cè)邊緣氣流外逸或形成渦旋：是前窗操作口主要出現(xiàn)的問(wèn)題，考慮與生物安全柜的放置位置有關(guān)。如靠窗放置，操作時(shí)開(kāi)窗會(huì)導(dǎo)致流入氣流受到外界氣流的影響；若靠墻角放置，且安全柜上方氣體外排口至天花板的距離過(guò)小，則導(dǎo)致外排氣體沿墻體下降干擾前窗操作口邊緣氣流；或與實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)機(jī)械通風(fēng)口或空調(diào)通風(fēng)口距離過(guò)近，且通風(fēng)口為百葉窗式或條形式，會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)氣流干擾流入氣流，調(diào)整通風(fēng)口位置或使用回字形的散流通風(fēng)口(根據(jù)實(shí)際情況選擇四向、三向、兩向等類(lèi)型)即可。

氣流模式的檢測(cè)簡(jiǎn)便易行，所需時(shí)間不長(zhǎng)，不需要專(zhuān)業(yè)的設(shè)備和特別的技術(shù)；且氣流模式正常與否直接決定了操作人員面對(duì)感染性生物因子、化學(xué)物質(zhì)和放射性物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)，故筆者推薦將其作為實(shí)驗(yàn)室人員每天必檢項(xiàng)目，尤其是前窗操作口氣流的檢測(cè)。

(二)流入氣流流速

1.檢測(cè)內(nèi)容與要求：使用風(fēng)量計(jì)和風(fēng)速儀測(cè)量排氣口(適用于部分氣體排入室內(nèi)的A1和A2型安全柜)和前窗操作口的氣流流速來(lái)確定流入氣流流速。測(cè)量前窗操作口是最常用的方法。Ⅱ級(jí)A1型生物安全柜的平均流入氣流流速應(yīng)不低于0.4 m/s，而A2、B1、B2和C1型應(yīng)不低于0.5 m/s。

2.檢測(cè)方法：將前窗開(kāi)啟到工作高度，使用風(fēng)速儀在前窗操作口平面的兩排點(diǎn)測(cè)量氣流流速，第一排距前窗操作口上沿下約開(kāi)啟高度的25%位置，第二排在75%的位置；測(cè)量點(diǎn)間隔約100 mm，距離側(cè)邊不小于100 mm；測(cè)量所有點(diǎn)的風(fēng)速，并用平均值表示流入氣流流速。

因現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)很多生物安全柜的流入氣流流速并不達(dá)標(biāo)，但安全柜電子界面上顯示的流速卻是達(dá)標(biāo)的，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室工作人員誤判，需要根據(jù)測(cè)量結(jié)果校正電子顯示數(shù)值。筆者建議配備風(fēng)速儀(可以是簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)的風(fēng)速計(jì))，并將測(cè)量作為每日必檢項(xiàng)目，但日常監(jiān)測(cè)不必嚴(yán)格測(cè)量很多個(gè)點(diǎn)，5個(gè)點(diǎn)左右即可。

(三)下降氣流流速

1.檢測(cè)內(nèi)容與要求：僅Ⅱ級(jí)生物安全柜有下降氣流流速檢測(cè)的要求，其平均下降氣流流速應(yīng)為0.25～0.5 m/s。

2.檢測(cè)方法：在生物安全柜內(nèi)工作區(qū)域的上方、高于前窗操作口上沿100 mm、距離安全柜內(nèi)壁及前窗操作口150 mm的水平面確定等距分布測(cè)量點(diǎn)(最少3排，每排最少7個(gè)，形成不大于150 mm×150 mm的正方形柵格)，使用風(fēng)速儀測(cè)量并計(jì)算所有點(diǎn)檢測(cè)值的平均值作為下降氣流流速。

下降氣流流速的測(cè)量結(jié)果同樣存在與安全柜電子界面上顯示的風(fēng)速值不一致的情況，需要根據(jù)測(cè)量結(jié)果校正電子顯示數(shù)值。

(四)高效過(guò)濾器完整性

高效過(guò)濾器是保護(hù)檢測(cè)樣本和外界環(huán)境安全的重要元件，可以過(guò)濾掉99.97%的粒徑<0.3 μm的顆粒物，其完整性對(duì)于各級(jí)生物安全柜都是極其重要的?？赏ㄟ^(guò)使用顆粒物計(jì)數(shù)設(shè)備或氣溶膠光度計(jì)掃描測(cè)量高效過(guò)濾器上下游的顆粒物數(shù)量或者氣溶膠濃度，計(jì)算顆粒物過(guò)濾率(%)或氣溶膠漏過(guò)率(%)來(lái)評(píng)價(jià)過(guò)濾器的完整性。

(五)其他檢查項(xiàng)目

1.外觀：要求外觀平整規(guī)矩，表面光潔且無(wú)明顯劃傷、銹斑、壓痕；說(shuō)明功能的文字和圖形符號(hào)標(biāo)志應(yīng)正確、清晰、端正、牢固；焊接處應(yīng)牢固、表面光滑。

2.噪聲：采用聲級(jí)計(jì)分別在生物安全柜前面中心水平向外300 mm、生物安全柜外面工作臺(tái)面上方380 mm處，測(cè)量生物安全柜運(yùn)行和關(guān)閉狀態(tài)下的噪聲值，并進(jìn)行調(diào)整。為避免長(zhǎng)時(shí)間噪聲對(duì)實(shí)驗(yàn)室人員聽(tīng)力的損傷和引起疲勞，應(yīng)調(diào)整噪音值≤67 dB。

3.照度：合適的照度能夠減輕生物安全柜操作人員的疲勞感。首先在工作臺(tái)面兩內(nèi)側(cè)壁中心連線(xiàn)設(shè)置測(cè)量點(diǎn)，要求與側(cè)壁距離不低于150 mm、測(cè)量點(diǎn)間距離不超過(guò)300 mm。再使用照度計(jì)測(cè)量生物安全柜內(nèi)在關(guān)燈和開(kāi)燈狀態(tài)下的照度值，要求關(guān)燈狀態(tài)下平均背景照度應(yīng)在(110±50)lx；開(kāi)燈狀態(tài)下平均照度應(yīng)不小于650 lx，且每個(gè)照度實(shí)測(cè)值應(yīng)不小于430 lx。

4.紫外線(xiàn)殺菌燈：紫外線(xiàn)殺菌燈作為常用的殺菌消毒手段，被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)實(shí)驗(yàn)室中。但由于生物安全柜本身即是一種空氣凈化的設(shè)備，且普遍采用表面擦拭消毒，不需要另置設(shè)備進(jìn)行額外的空氣和物表消毒，故國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)不推薦安裝紫外線(xiàn)殺菌燈。但假如安裝了紫外線(xiàn)殺菌燈，建議使用紫外照度計(jì)測(cè)量波長(zhǎng)為254 nm的紫外線(xiàn)在工作區(qū)內(nèi)表面的輻射強(qiáng)度，測(cè)量點(diǎn)的設(shè)置同照度測(cè)量，測(cè)量值應(yīng)不低于400 mW/m2。

四、檢測(cè)報(bào)告

(一)檢測(cè)報(bào)告的要素和要求

檢測(cè)報(bào)告應(yīng)根據(jù)檢測(cè)目的的不同來(lái)確定檢測(cè)內(nèi)容，如出廠檢測(cè)、安裝檢測(cè)和維護(hù)檢測(cè)等。

1.出廠檢測(cè)：內(nèi)容要求最多，不限于上述的8個(gè)項(xiàng)目，還包括材料、結(jié)構(gòu)、柜體防泄漏、振動(dòng)、集液槽泄露、電氣安全等內(nèi)容。

2.安裝檢測(cè)：要求至少對(duì)外觀、報(bào)警和聯(lián)鎖系統(tǒng)(指對(duì)安全柜前窗開(kāi)啟高度、內(nèi)部供/排氣風(fēng)機(jī)、外部排氣風(fēng)機(jī)、氣流波動(dòng)等出現(xiàn)異常時(shí)報(bào)警)、氣流模式、流入氣流流速、下降氣流流速、高效過(guò)濾器完整性等6個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)。

3.維護(hù)檢測(cè)：是生物安全柜使用者接觸最多的，也是檢測(cè)最核心的部分。要求對(duì)外觀、氣流模式、流入氣流流速、下降氣流流速和高效過(guò)濾器完整性等5個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)[10]。要求檢測(cè)報(bào)告應(yīng)詳細(xì)記錄所檢測(cè)生物安全柜的特征信息、檢測(cè)時(shí)的環(huán)境條件、所使用計(jì)量工具的型號(hào)和有效期，詳細(xì)記錄檢測(cè)方法、技術(shù)要求、測(cè)量的過(guò)程值和結(jié)果值，同時(shí)基于檢測(cè)結(jié)果對(duì)生物安全柜提出使用、維護(hù)或維修建議。

(二)不同水平的維護(hù)檢測(cè)報(bào)告示例

生物安全柜作為實(shí)驗(yàn)室常用的一種工具，指標(biāo)和要求是通用的，對(duì)結(jié)核病相關(guān)應(yīng)用無(wú)特殊要求。示例報(bào)告可以幫助實(shí)驗(yàn)室人員了解和評(píng)價(jià)報(bào)告是否合格，在實(shí)際工作中是否維護(hù)到位，正在使用的生物安全柜是否真正安全，示例如下。

1.不合格報(bào)告(報(bào)告1)：該報(bào)告簡(jiǎn)潔明了，雖然各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果均為“合格”，但報(bào)告并不合格，主要問(wèn)題如下：一是5個(gè)基本檢測(cè)項(xiàng)目不全，不能反映被檢測(cè)生物安全柜的整體情況；二是檢測(cè)使用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具沒(méi)有注明有效期，即不能證明檢測(cè)設(shè)備是否有效；三是檢測(cè)結(jié)果描述過(guò)于簡(jiǎn)單，沒(méi)有記錄測(cè)量的過(guò)程值和結(jié)果值，也沒(méi)有標(biāo)明參考的標(biāo)準(zhǔn)值。

報(bào)告1 維護(hù)檢測(cè)報(bào)告單

2.良好報(bào)告(報(bào)告2)：該報(bào)告既符合《YY 0569—2011 Ⅱ級(jí)生物安全柜》對(duì)于維護(hù)檢測(cè)的5項(xiàng)基本內(nèi)容要求，也記錄了檢測(cè)的過(guò)程值和結(jié)果值，基本良好。但缺少對(duì)使用計(jì)量設(shè)備有效期的說(shuō)明，不能保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

報(bào)告2 維護(hù)檢測(cè)報(bào)告單

3.優(yōu)秀報(bào)告：在上述良好報(bào)告的基礎(chǔ)上應(yīng)進(jìn)一步完善關(guān)于計(jì)量設(shè)備有效期的信息。

總之，生物安全柜在科研實(shí)踐和疾病診斷與防控工作中扮演著重要的角色，對(duì)其日常的管理和維護(hù)是保證其正常有效運(yùn)行的前提條件，也是保護(hù)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)人員、周?chē)h(huán)境安全及標(biāo)本檢測(cè)質(zhì)量的有力保障。管理者和使用者應(yīng)重視自身對(duì)生物安全的責(zé)任。

志謝美國(guó)疾病預(yù)防控制中心Paul A Jensen博士對(duì)本文的撰寫(xiě)進(jìn)行了熱情的指導(dǎo)與幫助！